二氧化碳地质封存问题和地震监测研究进展

二氧化碳(CO2)的捕获和封存技术(CCS)是近年提出的减少CO2排放的重要方法,经过近二十年的发展已经为国际社会所公认.了解长时间封存CO2的变化规律对于成功实施CO2封存非常重要,而限于现场试验的困难性,数值模拟已成为监控长时间封存CO2变化的最重要方法.因此,需要加强CO2封存所涉及的多孔隙介质中多组分多相流运移模拟和地球化学反应模拟研究.在CO2注入地下储层之后,需要长时间监测所封存CO2的运移情况,以及时发现泄漏并采取相应的应对措施.地震监测方法是众多监测方法中最重要的方法之一,四维地震已经在世界上几个大型的封存项目中进行了多次实施,并且取得了很好的效果.为了使地震监测方法更加准确,并能做到常态性地有效监测或实时监控,不仅需要不断发展岩石物理理论和方法,而且需要在岩石物理学研究中充分考虑CO2封存问题的特殊性,即CO2的溶解和化学反应所引起的岩石物理性质的改变.这是研究地球环境和全球气候变化等重大地球科学问题的基础性研究课题,具有重要的理论和实际意义.     

多种物理机制耦合作用下的储层介质参数反演研究

孔隙介质的黏弹性、孔隙流体的Biot流动和喷射流动是影响波传播的重要物理机制.本文分别基于弹性和黏弹性BISQ模型,利用自适应杂交遗传算法研究了多种物理机制耦合作用条件下储层介质参数反演.为了测试自适应杂交遗传算法的有效性,本文分别利用自适应杂交遗传算法和传统实数编码遗传算法对含有不同噪声的理论合成数据进行了反演试算.对比理论合成数据反演结果可知,自适应杂交遗传算法具有抗干扰能力强且收敛速度快的特点,是一种有效的储层介质参数反演方法.同时本文也利用不同频率尺度和不同温度条件下的P波和S波实测数据进行了联合反演.对比研究表明,黏弹性BISQ模型能够很好地解释不同频率尺度的波频散特征,不仅能够很好地预测P波速度,而且也能够很好地预测S波速度,从而证明了黏弹性BISQ模型能够准确地描述低频条件下的波频散.     

基于自适应杂交遗传算法的CO_2地质封存的储层参数反演研究

二氧化碳地质封存是减少温室气体排放和减缓温室效应的重要手段.二氧化碳封存的一个重要组成部分是地震监测,即用地震的方法监测封存后的二氧化碳的分布变化.为了实现这个目标,需要建立储层参数与地震性质之间的关系(岩石物理模型)和从地震监测数据中反演获得储层流体的饱和度等参数.首先,本文以Biot理论为基础,结合多相流模型研究了多个物理参数(孔隙度、二氧化碳饱和度、温度和压力等)对同时含有二氧化碳和水的孔隙介质的波速和衰减等属性的影响.结果表明:孔隙度和二氧化碳饱和度对岩石的频散和衰减属性影响强烈,而温度和压力通过孔隙流体性质对岩石的波速产生影响.然后,本文基于含多相流的Biot理论,应用抗干扰能力强、且具有更好的局部搜索能力和抗早熟能力的自适应杂交遗传算法对实际数据进行了反演研究.对岩心实验数据的反演研究表明了算法的有效性,而且表明含多相流的Biot理论能够很好地解释水和二氧化碳饱和岩石的波速特征.最后,我们将自适应杂交遗传算法应用于实际封存项目的地震监测数据,获得了封存后不同时期的二氧化碳饱和度,达到了用地震方法监测二氧化碳分布的目的.